Macchine CNC: implementazione nell’industria 4.0

Il 2013 è riconosciuto come l’anno di nascita della moderna industria 4.0. 

Tale data segna anche l’arrivo di macchinari all’avanguardia, differenti da quelli che erano stati sviluppati fino a quel momento: velocità ed estrema accuratezza dei processi vengono considerati requisiti di base. Questo perfezionamento dei macchinari ha una delle sue massime espressioni nelle macchine CNC, macchine a controllo numerico computerizzato designate per lavorazioni di oggetti di forma particolare con alta precisione.

Macchina a CNC: cosa è

Nonostante abbiano preso rapidamente piede nel settore industriale negli ultimi anni, i primi prototipi di macchine a controllo numerico vennero progettati e sviluppati presso il Massachusetts Institute of Technology, nella seconda metà degli anni quaranta. Queste macchine erano concepite per cicli di lavorazione sia fissi, che manuali. Nonostante contenevano notevolmente i tempi del processo lavorativo, l’operatore doveva ancora effettuare le scelte riguardanti l’utensile, la velocità e tutti i processi di lavorazione veri e propri. I decenni successivi sono stati fondamentali per una gestione più flessibile delle macchine a controllo numerico: nascono i primi linguaggi di programmazione tra cui il G-Code, utilizzato ancora oggi all’interno delle macchine CNC.

La macchina CNC è un utensile i cui movimenti vengono gestiti direttamente da un dispositivo digitale interno. Il software di questo dispositivo dona alla macchina funzioni e movimenti prestabiliti: questa è la caratteristica fondamentale che permette alle macchine CNC di svolgere delle lavorazioni molto precise e per lunghi periodi di tempo. La macchina a CNC è in grado di realizzare pezzi di forma complessa e con tolleranza ristretta.

Macchine CNC: struttura e componenti

La macchina a CNC, solitamente realizzata con materiali quali acciaio e ghisa, deve essere opportunamente equipaggiata con: strutture, come bancali o teste montanti, e meccanismi, per esempio dei mandrini. Eroganti potenze e velocità nettamente superiori alle macchine tradizionali, le macchine CNC sono costituite da particolari componenti, quali: 

• Computer centrale: centro nevralgico dell’intero apparato meccanico, il computer si occupa di decodificare tutte le istruzioni del linguaggio di programmazione. Il computer è composto da due parti fondamentali: la prima si colloca all’interno della macchina stessa e la seconda è un’interfaccia operativa a disposizione dell’operatore. 

• Encoder: sono montati su ciascun asse della macchina a controllo numerico. L’obiettivo dell’encoder è di monitorare ogni singola posizione e l’intero movimento che va da un punto A a un punto B, dell’asse preso come riferimento. L’encoder e il computer centrale lavorano a stretto contatto: l’encoder manda costantemente queste informazioni al computer di bordo il quale, a sua volta, notifica eventuali errori.

• Motori: sono presenti su ogni asse e permettono di controllarne ogni movimento.

• Azionamenti: controllori montati all’interno della macchina, gli azionamenti vengono impiegati al fine di ottimizzare le prestazioni di ogni singolo motore.

Macchine utensili a controllo numerico – integrazione

Le principali caratteristiche delle macchine utensili a controllo numerico dell’industria 4.0 derivano dall’essere smart, accessibili, adattive e autonome. Ne esistono di 3 tipi:

• Macchine utensili CPMT e sistemi CPPS: le macchine ciberfisiche (Cyber-Physical Machine Tools, CPMT) sono integrate nei Sistemi Ciberfisici di Produzione (in acronimo CPPS). Questi ultimi comprendono macchinari connessi in rete che supervisionano i processi e le varie fasi della lavorazione. Le macchine CPMT comprendono macchinari per lo stoccaggio e soluzioni di produzione basati su sistemi di tipo end-to-end di tecnologie IT. 

• Integrazione verticale: particolare tipo di macchina a CNC che supporta l’integrazione digitale end-to-end, partendo dalla fase di progettazione fino a quella dell’assemblaggio. Per una corretta realizzazione del progetto è ideale costituire un ambiente di produzione basato su modelli con le seguenti caratteristiche: fanno parte dei valori tecnici, evolvono seguendo lo sviluppo produttivo, si integrano trasversalmente nelle materie impiegate per la stesura del progetto medesimo.

• Integrazione orizzontale: sono macchine che possono interconnettersi non solamente tra loro, ma anche con altre risorse di produzione, come i robot industriali. Un attributo essenziale per raggiungere un’ottima integrazione orizzontale riguarda l’acquisizione di flussi di dati sia dalle macchine, che dai loro componenti: queste misurazioni sono poi interpretate dai sistemi di controllo.

Macchina CNC: implementazione nel’industria 4.0

La macchina CNC, come abbiamo visto, equilibra in maniera ottimale la produttività e la flessibilità: due cardini essenziali nell’industria 4.0. Riesce nell’intento grazie alla garanzia di tempi brevi di esecuzione e tempi morti ridotti al minimo. Il parametro produttività si evince dall’abilità nel realizzare un gran numero di prodotti finiti entro un tempo e un costo prestabilito non sacrificando la qualità; quello della flessibilità emerge dalla possibilità di modificare repentinamente il tipo di pezzo prodotto.

Sicuramente in futuro le macchine CNC saranno ancora più adattabili e fondamentali nelle linee di produzione.

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